CN107238856B - 一种高通量氘-氚中子发生器中子平均能量的确定方法 - Google Patents

一种高通量氘-氚中子发生器中子平均能量的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高通量氘‑氚中子发生器中子平均能量的确定方法，利用59Co(n,2n)58Co与59Co(n,p)59Fe截面比确定在高通量、长时间辐照情况下的平均能量计算公式；采用D‑T源辐照4组样品实验，每组样品均由两片Nb，一片Zr和一片Co组成，并用伽马谱仪测量伽马能谱；对所述实验室测得的伽马能谱数据进行处理，获得相应特征伽马射线的全能峰计数；对伽马能谱进行解谱处理，获得真实的全能峰计数；将相应数据代入步骤一中平均中子能量计算公式，验证方法的可靠性。本发明的有益效果是能够测量较为极端下的中子能量，并且测量结果精确。

Description

一种高通量氘-氚中子发生器中子平均能量的确定方法
技术领域
本发明属于实验核物理中的中子应用技术领域，涉及一种高通量氘-氚(D-T)中子发生器中子平均能量的确定方法。
背景技术
D-T中子源产生的中子能量能达到14MeV能区附近，在此范围内，T(d,n)4He反应截面大，中子产额高。同时D-T中子源的单色性好，可以测量单能点下的反应截面。在中子核反应试验中，最先考虑并确定的物理量就是入射中子能量，它是使得反应截面有意义的基础，当前14MeV中子主要是由D-T反应得到。中子能量确定有反冲质子法、核反应法、飞行时间法等；但是在强流、旋转靶以及中子源距离样品过近的情况下，这几种方法均不适用，而且在多能点进行测量时，用这几种方法过于繁琐。不能测量较为极端下的中子能量，并且测量结果不精确。
在测量一些具有天然放射性物质的中子核反应截面时，因为物质本身就在不停的释放射线，在测量时可能会产生非常强的本底，将由辐照产生的全能峰覆盖，所以为了避免这种情况，我们需要大中子注量率、长时间的对放射性样品进行照射，从而使得相应的计数能比本底有绝对的优势。
测量子核半衰期较长的反应道和一些具有天然放射性的重核的反应道时。为了获得高中子注量率，需将样品紧贴靶头，这种情况下测中子能量，需将样品加工的足够小、足够薄，而采用铌锆截面比法需要铌锆两种样品，样品质量引起的不确定度会增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高通量氘-氚中子发生器中子平均能量的确定方法，解决了现有的测量方法不能测量较为极端下的中子能量，并且测量结果不精确的问题。
本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
步骤一：利用59Co(n,2n)58Co与59Co(n,p)59Fe截面比确定在高通量、长时间辐照情况下的修正截面比的计算公式；
Figure BDA0001305373850000021
σ为反应截面，εP为所测的特征射线全能峰效率；Iγ为特征射线的强度；η为所测的同位素丰度；λ为衰变常数；T是总的中子照射时间；T1为从照射结束到测量开始的时间间隔，T2为照射结束到测量结束的时间间隔；C为实测的全能峰面积；F为总的活度校正因子；
步骤二：采用D-T源辐照4组样品实验，每组样品均由两片Nb，一片Zr和一片Co组成，并用伽马谱仪测量伽马能谱；
步骤三：对所述实验室测得的伽马能谱数据进行处理，获得相应特征伽马射线的全能峰计数；对伽马能谱进行解谱处理，获得真实的全能峰计数；将相应数据代入步骤一中平均中子能量计算公式，验证方法的可靠性。
进一步，步骤一中下标Co表示9Co(n,2n)58Co，下标Fe表示59Co(n,p)59Fe，
Figure BDA0001305373850000022
Figure BDA0001305373850000023
进一步，步骤二中样品直径都是20mm，其中Zr样品和Co样品的厚度为0.1mm，Nb样品的厚度为0.05mm。
进一步，步骤二中测量时将两片Nb分别置于两端，中间夹着Zr片和Co片，从面向中子源的一侧起，叠放顺序分别是Nb、Zr、Co和Nb，将样品组用胶带悬挂在细铁丝制成的框架上，辐照时，同时在0°、45°、90°和135°进行辐照，样品与靶头之间的距离是标准距离25.5cm，样品辐照时间为6小时。
本发明的有益效果是能够测量较为极端下的中子能量，并且测量结果精确。
附图说明
图1是本发明实施例中高通量氘-氚(D-T)中子发生器中子平均能量的确定方法流程图；
图2是本发明一实施例中Co样品的两个反应道的截面比值的拟合曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
参考图1，本发明实施例方法如下：
S1、利用59Co(n,2n)58Co与59Co(n,p)59Fe截面比确定在高通量、长时间辐照情况下的平均能量计算公式；
设下标Co表示9Co(n,2n)58Co，下标Fe表示59Co(n,p)59Fe。则有
Figure BDA0001305373850000031
Figure BDA0001305373850000032
σ为反应截面，εP为所测的特征射线全能峰效率；Iγ为特征射线的强度；η为所测的同位素丰度；S＝1-e-λT表示剩余核的生长因子；λ为衰变常数；T是总的中子照射时间；M为样品质量；D＝e-λT1-e-λT2为测量收集因子，T1为从照射结束到测量开始的时间间隔，T2为照射结束到测量结束的时间间隔；A为样品元素的原子量；C为实测的全能峰面积；F为总的活度校正因子；K为中子注量率修正因子。
这两个反应都是在同一块样品上发生的，则质量可以消掉，两者的比值为
Figure BDA0001305373850000033
在实验设计和数据处理的过程中，还可以通过一定方法继续对上式进行简化，继续降低不确定度。把计数项、修正项和含时间的各项移动到等式右边，其余各项移动到等式左边，设RCo-Fe表示修正截面比值，同时定义
Figure BDA0001305373850000041
则有
Figure BDA0001305373850000042
这样定义R值的目的是为了降低不确定度。对上述公式解释如下：在同次实验中，中子注量率可以消去；用同一个探测器时，探测效率可以消去；分析同一组核素时，分支比可以消去；用同一组反应时，反应截面可以消去；用同一个样品，样品核数目可以消去。
S2、采用D-T源辐照4组样品实验，并用伽马谱仪测量伽马能谱；
本次实验共使用4组样品，每组样品均由两片Nb，一片Zr和一片Co组成，其直径都是20mm，其中Zr样品和Co样品的厚度为0.1mm，Nb样品的厚度为0.05mm。Nb样品的质量约为250mg，Zr样品质量约为600mg，Co样品质量约为850mg。在样品被辐照前，所有样品均放在高纯锗γ谱仪上进行测量，以检查样品中是否存在干扰测量的因素。
实验前，将两片Nb分别置于两端，中间夹着Zr片和Co-135°进行辐照，样品与靶头之间的距离是标准距离(25.5cm)，样品辐照时间约为6小时。
S3、对实验室测得的伽马能谱数据进行处理，表1是本发明一实施例中各个能点下的各组样品的R值。将相应的全能峰计数，样品的辐照时间、冷却和测量时间，各子核的衰变常数以及计算得到的修正因子代入平均中子能量计算公式，得到不同能量点下R值。
表1
Figure BDA0001305373850000043
Figure BDA0001305373850000051
图2是本发明一实施例中Co样品的两个反应道的截面比值的拟合曲线，由拟合曲线的R2≈1可知拟合曲线与实验数据符合较好，由图中可以看出能量与R值具有一一对应关系，可以很好的适用于高通量、长时间辐照情况下的平均中子能量的确定，验证了平均中子能量计算公式的可行性。
本发明的优点还在于：1)提出一种新的关于测量平均中子能量的试验方法，可以测量较为极端下的中子能量；2)通过数学变换，减少工作量的同时提高了结果的精度。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种高通量氘-氚中子发生器中子平均能量的确定方法，其特征在于按照以下步骤进行：
步骤一：利用59Co(n,2n)58Co与59Co(n,p)59Fe截面比确定在高通量、长时间辐照情况下的平均能量计算公式；
Figure FDA0002597082510000011
σ为反应截面，εP为所测的特征射线全能峰效率；Iγ为特征射线的强度；η为所测的同位素丰度；λ为衰变常数；T是总的中子照射时间；T1为从照射结束到测量开始的时间间隔，T2为照射结束到测量结束的时间间隔；C为实测的全能峰面积；F为总的活度校正因子；
步骤二：采用D-T源辐照4组样品实验，每组样品均由两片Nb，一片Zr和一片Co组成，并用伽马谱仪测量伽马能谱；在样品被辐照前，所有样品均放在高纯锗γ谱仪上进行测量，以检查样品中是否存在干扰测量的因素；
步骤三：对所述实验室测得的伽马能谱数据进行处理，获得相应特征伽马射线的全能峰计数；对伽马能谱进行解谱处理，获得真实的全能峰计数；将相应数据代入步骤一中平均中子能量计算公式，验证方法的可靠性。
2.按照权利要求1所述一种高通量氘-氚中子发生器中子平均能量的确定方法，其特征在于：所述步骤一中下标Co表示59Co(n,2n)58Co，下标Fe表示59Co(n,p)59Fe，
Figure FDA0002597082510000012
Figure FDA0002597082510000021
3.按照权利要求1所述一种高通量氘-氚中子发生器中子平均能量的确定方法，其特征在于：所述步骤二中样品直径都是20mm，其中Zr样品和Co样品的厚度为0.1mm，Nb样品的厚度为0.05mm。
4.按照权利要求1所述一种高通量氘-氚中子发生器中子平均能量的确定方法，其特征在于：所述步骤二中测量时将两片Nb分别置于两端，中间夹着Zr片和Co片，从面向中子源的一侧起，叠放顺序分别是Nb、Zr、Co和Nb，将样品组用胶带悬挂在细铁丝制成的框架上，辐照时，同时在0°、45°、90°和135°进行辐照，样品与靶头之间的距离是标准距离25.5cm，样品辐照时间为6小时。
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